Mechanische Spannstahlrohr als eine Lösung für Leaky Bohrlöchern
Summary
This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.
Abstract
Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1.
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks.
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.
Introduction
Der gemeldete experimentelle Verfahren hat zwei Hauptkomponenten, die kritisch sind: Verbundflaschen, die Bohrlöcher und die Erweiterung Befestigung, die verwendet wird, um die Durchführung mechanische Manipulation des Zements zu simulieren.
Bohrlöcher sind das wichtigste Tor für die Produktion von unterirdischen Flüssigkeiten (Wasser, Öl, Gas oder Dampf) sowie Injektion verschiedener Flüssigkeiten. Unabhängig von seiner Funktion, wird das Bohrloch erforderlich ist, um einen kontrollierten Fluss von erzeugten / injizierten Fluide bereitzustellen. Bohrloch Bau hat zwei verschiedene Operationen: Bohr- und Fertig. Bohrloch Zement, Teil der Fertigstellungen Verfahren bietet vor allem Zonenisolierung, mechanische Unterstützung des Metallrohrs (Gehäuse), und den Schutz von Metallkomponenten von korrosiven Flüssigkeiten. Dies sind wesentliche Elemente der kompromisslose, voll funktions Bohrlöchern. Die Integrität des Bohrlochs Zementschicht ist eine Funktion der chemischen und physikalischen Eigenschaften des hydratisierten Zement, die Geometrie der cgut ased, und die Eigenschaften der umgebenden Formation / Formationsflüssigkeiten 2,3. Unvollständige Entfernung der Bohrflüssigkeit zu schlechter zonale Isolation führen, da sie verhindert die Bildung von starken Bindungen an Grenzflächen mit Gestein und / oder Metall. Zementhüllen können während der Lebensdauer eines gut zu vielen Fehlerarten unterzogen werden. Druck und Temperaturschwankungen durch Fertigstellung und Produktion verursachten Beitrag zur Entwicklung von Brüchen innerhalb der Zementmatrix; Ablösen wird durch Druck und / oder Temperaturänderungen und Zementhydratation Schrumpfung 4,5,6 verursacht. Das Ergebnis ist fast immer Gegenwart microannular Strömung, obwohl sein Auftreten kann früh oder nach Jahren der Lebensdauer nachgewiesen werden.
Heathman und Beck (2006) erstellt ein Modell aus Hartgehäuse auf über 100 Druck- und Temperaturwechselbeanspruchungen, die sichtbar Ablösung zeigte, Initiierung von Zement Risse, die Vorzugswege für die Migration von Flüssigkeit darstellen können zogen <sup> 7. Im Bereich, wird die Ausdehnung und Kontraktion der Metallkomponenten eines Bohrlochs nicht mit denen von Zement und Stein übereinstimmen, wodurch Grenzflächen Ablösen und die Bildung einer Mikroring, was zu einer Erhöhung der Permeabilität der Zementhülle. Ein zusätzliches Gehäuse Beladung kann die Ausbreitung von Radialrisse in der Zementmatrix verursachen, wenn die Zugspannungen die Zugfestigkeit des Materials 8 überschreiten. Sämtliche der vorgenannten Zement Ausfälle können in Mikro Kanalisierung, die Gasmigration, das Auftreten von SCP, und langfristigen Umweltrisiken führt führen.
Eine beträchtliche Anzahl von Herstellung und verlassenen Brunnen mit SCP bilden eine potenziell neue Quelle der kontinuierlichen Erdgas Emissions 9. Die Analyse von Watson und Bachu (2009) von 315.000 Öl, Gas, und Injektionsbohrungen in Alberta durchgeführt, Kanada zeigte auch, dass Bohrloch Abweichung, auch Art, Verlassen Verfahren, und die Qualität des Zements sind Schlüsselfaktoren Contributing um mögliche Leckagen auch in dem flacheren Teil der Bohrung 10. Die bestehenden Sanierungsarbeiten sind teuer und nicht erfolgreich; die Druckzementieren, einer der am häufigsten verwendeten Heiltechniken, hat eine Erfolgsquote von nur 50% 11.
In diesem Beitrag berichten wir über die Bewertung der Erweiterbar Gehäuse Technologie (ECT) als neue Sanierungsverfahren für undichte Bohrlöcher 12,13. ECT kann in neue oder bestehende Brunnen 14 angewendet werden. Die erste kommerzielle Installation dieser Technologie wurde von Chevron auf einer gut im flachen Wasser des Golfs von Mexiko im November 1999 15 durchgeführt wird. Der aktuelle Betriebsausstattung für erweiterbare Rohre kapselt eine Neigung von 100 ° aus der Senkrechten, Temperatur bis zu 205 ° C, Schlammgewicht auf 2,37 g / cm 3, einer Tiefe von 8.763 m, hydrostatischen Druck von 160,6 GPa und einem Rohrlänge 2.092 m 16. Eine typische Expansionsrate für feste erweiterbare Rohre ist eintwa 2,4 m / min 17.
Diese Studie bietet einen einzigartigen Ansatz zur Anpassung der ECT-Technologie als neue Standardisierungsvorgang für SCP. Der Ausbau des Stahlrohrs komprimiert den Zement, der in Schließung der Gasfluss an der Schnittstelle führen und Abdichtung des Gasleck würde. Es ist wichtig zu erwähnen, dass der Schwerpunkt dieser Studie ist die Abdichtung eines bestehenden microannular Gasstrom, daher konzentrierten wir uns nur auf, dass als mögliche Ursache von undichten Bohrlöchern. Um die Wirksamkeit der neu adaptierten Technologie für diesen Zweck zu testen, haben wir ein Bohrlochmodell mit einem vorhandenen microannular Fluss. Dies wird durch Drehen des inneren Rohres bei der Zementhydratation erhalten. Dies ist, keine Feldoperationen zu simulieren, sondern einfach, um einen schnellen Vorlauf, was nach Jahrzehnten der thermischen und Druckbelastung in einem Bohrloch geschehen würde.
Protocol
Representative Results
Discussion
The reported experimental procedure has two main components that are critical: composite cylinders that simulate wellbores and the expansion fixture that is used to carry out mechanical manipulation of cement. When designing wellbore models (cement/pipe composite cylinders), it is critical to choose adequate cement density, store samples under total humidity conditions (100% RH) and establish pipe-cement debonding before cement slurry completely sets. Failing to achieve this would make the entire gas flow experiment impo…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken den folgenden Personen und Institutionen für ihre Hilfe und Unterstützung danken: William Portas und James Heathman (Industry Advisors, Shell E & P), Richard Littlefield und Rodney Pennington (Shell Westhollow Technology Center), Daniele di Crescenzo (Shell Research Nun Ingenieur ), Bill Carruthers (LaFarge), Tim Quirk (jetzt mit Chevron), Gerry Masterman und Wayne Manuel (LSU PERTT Lab), Rick Young (LSU Felsmechanik Lab), und die Mitglieder der SEER Lab (Arome Oyibo, Tao Tao, und Iordan Bossev).
Materials
| ASTM A53 Grade B ERW Schedule 40 Steel pipe – OD=10.16 cm, ID=10.04 cm, L=59.7 cm | Baker Sales | BPE-4.00BB40 | |
| ASTM A53 Grade B ERW Schedule 10 Steel pipe – OD=6 cm, ID=5.94 cm, L=61 cm | Service Steel | n/a | |
| Expansion Cones – AISI D2 grade alloy steel (60 RC hardness) | Shell | Custom-made | |
| Pipe coupling – OD=6.35 cm, ID=6 cm, L=4.4 cm | LSU | Custom-made | |
| Steel plate ring – OD=10.16 cm, ID=5.76 cm, thickness=6.35 mm | Louisiana Cutting | Custom-made | |
| Class H Cement | LaFarge | 04-16-12 / 14-18 | |
| Defoaming agent – D-Air 3000L | Halliburton | n/a | |
| Bentonite clay | LSU | n/a | |
| Calcium hydroxide | LSU | n/a | |
| Expansion Fixture | Shell | Custom-made | |
| Pressure transducers | Omega | PX480A-200GV | |
| Teflon tubing | Swagelok | PB0754100 | |
| Union tee | Swagelok | SS-400-3 | |
| Elbow union | Swagelok | SS-400-9 | |
| Female elbow | Swagelok | SS-400-8-8 | |
| Port connector | Swagelok | SS-401-PC | |
| Forged body valve | Swagelok | SS-1RS4 | |
| Tube adapter | Swagelok | SS-4-TA-1-2 | |
| Pipe lubricant | E.F. Houghoton & Co. | 71323998 | |
| Instant Galvanize Zinc Coating | CRC | 78254184128 |
Riferimenti
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